[发明专利]基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，主要涉及基于上转化材料掺杂的二氧化钛纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

面对日益严峻的环境污染，化石能源枯竭问题以及国家对节能减排的要求，寻找一种无污染，可替代化石能源而且成本低廉的新能源已经刻不容缓。而太阳能因其无限量可再生(或者说不会枯竭)、不受地域限制、运行维护量小等优点使其成为各种新能源中的宠儿。但是目前尚缺乏一种光电转换高效的太阳能电池。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种基于上转化材料掺杂的二氧化钛纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)上转化材料掺杂：在盐酸和去离子水的混合液中加入具有上转化功能的稀土金属盐并搅拌均匀得到混合液，在该混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，并再次搅拌均匀，得到配置溶液；

(2)TiO₂纳米棒的生长及后处理：将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将步骤(1)中配置溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO₂纳米棒阵列；

(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH₃NH₃PbI_3-xCl_x或CH₃NH₃PbI₃旋涂于步骤(2)中处理后TiO₂纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。

在一些实施方案中：步骤(1)中所述盐酸的质量浓度为37％，盐酸与去离子水的体积比为1～3：1～3。

在一些实施方案中：步骤(1)中4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与盐酸的体积比0.5～1.5：10～30，4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为50～100：1～10；优选-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为60～80：2～5。

在一些实施方案中：步骤(1)中所述的具有上转化功能的稀土金属盐为八水合硫酸铒。

在一些实施方案中：步骤(2)中烘箱中的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。

在一些实施方案中：步骤(2)中煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为0.1～1小时。

在一些实施方案中：步骤(3)中，旋涂是以500～1500转/分钟的速度旋涂3～10秒，再以2500～4500转/分钟的速度旋涂30～60秒。

在一些实施方案中：步骤(3)中高温反应的条件是反应温度为100～130℃，反应时间为40～60min。

一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池是通过如下方法制备得到：

(1)上转化材料掺杂：在盐酸和去离子水的混合液中加入具有上转化功能的稀土金属盐并搅拌均匀得到混合液，在该混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，并再次搅拌均匀，得到配置溶液；

(2)TiO₂纳米棒的生长及后处理：将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将步骤(1)中配置溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO₂纳米棒阵列；

(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH₃NH₃PbI_3-xCl_x或CH₃NH₃PbI₃旋涂于步骤(2)中处理后TiO₂纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。